铜锍转炉熔池两相流动模拟研究

"铜锍转炉中气液两相流动的数值模拟" 本文是关于铜锍转炉熔池内气液两相流动的数值模拟研究，主要由李晟、李玉晓和刘志高等作者在江西理工大学和长沙有色冶金设计研究院进行。该研究采用了流体体积方法，针对造铜期吹炼过程进行单喷嘴的数值模拟，以深入理解气体喷入熔体后的流动现象和特性。 在铜锍转炉的吹炼过程中，气体通过风口进入熔体，形成气泡并不断产生和分离。通过模拟，研究人员发现气流穿透熔体的距离大约为风口内径的3.6倍，这表明气体能够有效地贯穿熔池。同时，风口处的压力呈现出脉冲性变化，周期约为0.2秒，每次脉冲持续约0.04秒，这对熔体的搅拌和冶金反应有显著影响。 风口侧壁面的剪切应力分析显示，最大应力区域主要集中在风口附近及上方的壁面上，这反映了熔体与气体相互作用的强度。此外，气含率（即气体在熔体中的含量）随着熔体高度的增加而增加，在靠近自由液面处达到约21%。这些模拟结果与既有文献报道和实际生产情况相符，验证了数值模拟的准确性。 铜锍吹炼是火法炼铜的关键步骤，PS转炉吹炼工艺广泛应用于工业生产。由于其封闭且高温的环境，过程变量的监测具有挑战性。因此，通过数值模拟来研究熔池内的流体运动特性显得尤为重要。这种方法基于质量、动量和能量守恒定律，能够更精确地揭示多相流动的动态行为，对比传统的经验模型，具有更深厚的理论基础。 目前的研究主要聚焦于欧拉-拉格朗日和欧拉-欧拉方法，这两种方法在处理多相流问题时各有优势。欧拉-拉格朗日方法追踪单个颗粒的轨迹，适合于颗粒尺寸较大的系统，而欧拉-欧拉方法则将流体视为连续介质，适用于描述连续相之间的相互作用，如本研究中的气液两相流动。 这项工作为铜锍转炉的工艺优化提供了理论依据，有助于改进吹炼过程，提高铜的提取效率，并减少能源消耗和环境污染。未来的研究可能进一步扩展到多喷嘴的模拟，以及考虑化学反应的影响，以全面优化炼铜过程。